GaN仍須面對良率難題　IGBT有不可取代優勢

SiC、GaN、IGBT在工業及車用領域拔河賽仍持續。法新社

氮化鎵（GaN）效益明顯，企圖進軍的領域包括充電樁，車內的直流對直流（DC-DC）、車載充電器（OBC）等，甚至長期希望朝驅動馬達逆變器（Inverter）目標涉入。

GaN Systems全球業務發展副總裁莊淵棋分析，以Tesla欲砍SiC達75%目標來看，可從其主力供應商意法半導體（STM），依其平面式（Planar）結構，在第一、二、三代用量減少幅度來評估，第三代就有機會較第一代減少約75%用量，因此，單純透過SiC尺寸縮小來達到目標是有機會的。

Tesla是率先採用SiC的車廠，如今為減少SiC用量、若欲混搭成本具競爭力的IGBT，必須要考量到散熱、功率損耗表現遞減問題，可能得再添加上冷卻系統（Cooling System）才能達到原有的水準。

但此為額外之成本，等同採GaN可能需要再搭上重新拓樸（Layout）成本。另外，當下仍有電動車廠採用矽基（Si）絕緣柵雙極電晶體（IGBT）。

為不受SiC缺料掐脖及總成本降5成的考量，Tesla說不定也會參考其他車廠的解決方案。例如四驅電動車，前兩輪可採IGBT或非SiC，而後兩輪維持使用SiC，同樣可以達到降低SiC用量。

至於GaN是否可乘勝追擊，快速顛覆工業、拿下車用領域？莊淵棋說，顛覆的速度難從單一元件廠商視野來評估，尤其車用的決定權，在於各不同車廠的設計、成本規劃以及車款定位等。

目前部分GaN業者宣稱9成生產良率，但被客戶或競爭對手私下檢測時，產品良率僅5成。因此，就整個GaN的供應鏈來說，各供應商產品良窳不齊明顯，短期要全面啟動革命仍有難度。

莊淵棋分析，SiC、GaN要在DC-DC取代IGBT也有一定難度，因為環境要求沒有OBC、馬達逆變器端來得嚴苛，用成本最具競爭力的IGBT可以展現相當優越的性價比。

同樣在充電樁領域，因為對重量及空間不需錙銖必較，要拔掉成本最具優勢的IGBT難度也高。

中、高電壓的GaN，相較於小電壓的3C充電頭，在製程上也有不同的挑戰仍待克服。簡單的說，不同工作環境要求，對元件量產就是新挑戰，耐用、穩定性得完全符合應用端客戶要求。
 
在電動車上目前GaN以主流400V系統為主，若未來要跨入800V，也得通過不同層面的認證，整體來看，GaN要快速擴散至各應用領域，仍有層層關卡待突破。
 
以此來看，GaN生產良率、形同SiC長晶般難掌控嗎？莊淵棋解釋，得視個別GaN業者的實力而定。就GaN市場來看，不少產品暗藏的缺陷難立即找到，常在一段時間後才被發現。

所以，供給愈來愈多好的晶粒（Good die）是GaN業者的關鍵課題，不論用測試、篩檢或任何可行方法來運作，目前多方絞盡腦汁尋求最佳解方，以因應不同應用端的要求。
 

責任編輯：朱原弘